微生物遗传学二PPT课件.ppt

关于微生物遗传学二第一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月 营养缺陷型营养缺陷型 抗性突变型抗性突变型 条件致死突变型条件致死突变型 形态突变型形态突变型 抗原突变型抗原突变型 产量突变型产量突变型下面介绍几种常用的突变型及其分离1.按照突变的表型分类：选择性突变株（能在选择性培养基上或其它的选择性条件下迅速选出或鉴别出）非选择性突变株四、基因突变的类型第二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（1）营养缺陷型（auxotroph）一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（precursor）才能生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段表型判断的标准：在基本培养基上能否生长第三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月特点：在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长负选择标记突变株不能通过选择平板直接获得第四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月营养缺陷型的表示方法：基因型：所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：hisC（组氨酸缺陷型，其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变）表型：同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisC在具体使用时多用hisC-和hisC+，分别表示缺陷型和野生型。第五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（2）抗药性突变型（resistant mutant）基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。特点：正选择标记（突变株可直接从抗性平板上获得-在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到。）表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性第六张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（3）条件致死突变型（conditional lethal mutant）在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42）是致死的，但可以在低温（如25-30）下得到这种突变。特点：负选择标记这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因第七张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（4）形态突变型（morphological mutant）造成形态改变的突变型特点：非选择性突变突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。举例：产蛋白酶缺陷突变株的筛选菌落颜色变化半乳糖苷酶基因的插入失活，使重组子菌落为白色而与兰色的非重组子分开。第八张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（5）抗原突变型指由于基因突变引起的细胞抗原结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷变异、荚膜或鞭毛成分变异等。第九张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（6）产量突变型通过基因突变而引起的目标代谢产物的产量发生变化的变异菌株，其在产量上高于或低于原始出发菌株。如果产量提高的突变株，被称为“正突变”（plus-mutant），也称为“高产突变株”(high producing mutant)；如果产量低于出发菌株的突变株，则称为“负突变”（minus-mutant）。第十张，PPT共三十五页，创作于2022年6月2.按照突变所引起的遗传信息的改变情况可分为三种：同义突变表型不发生改变（密码子是简并的,如CGU变成CGC，但都编码精氨酸）；错义突变改变的密码子编码的氨基酸改变了；无意义突变终止密码子（UAA,UAG,UGA）第十一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月其它突变类型 毒力、生产某种代谢产物的发酵能力的变化等在实际应用中具有重要意义突变类型,一般都不具有很明显或可直接检测到的表型。其突变株的获得往往需要较大的工作量。第十二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月第四节 基因突变的机制第十三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月一、基因突变的分子基础(一)自发突变 (二)诱发突变引起自发突变的原因主要有以下几方面：背景辐射和环境因素引起；有害代谢产物引起；互变异构效应引起的碱基配对错误；DNA复制过程中碱基配对错误；转座因子的作用。通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高自发突变频率的手段。生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变（10-6-10-10）。它是生物进化的根源。第十四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(二)诱发突变诱变剂（mutagen）：凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂诱变剂的种类物理诱变剂化学诱变剂生物诱变剂碱基类似物诱变剂；与碱基起化学反应的诱变剂；嵌入诱变剂；：辐射和热：转座因子第十五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(1)碱基类似物-间接引起置换的诱变剂它们在DNA复制中能掺入DNA 分子中，由于其产生异构体的频率高，因此发生的错误配对可引起碱基的置换。一类与正常碱基结构相似的物质，称为碱基类似物。如：5-BU,8-NG,2-AP等。A-TA-TA-BUA-TG-BUG-CA-BU加入5-BU1.化学诱变剂第十六张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(2)与碱基起化学反应的诱变剂-直接引起碱基置换该类诱变剂与碱基起化学反应，改变碱基的结构，导致错配。亚硝酸：G-C A-T 转换互变 各种烷化剂：G-C A-T 互变羟胺：只引起G-C A-T 转换（专一性与C起反应）第十七张，PPT共三十五页，创作于2022年6月亚硝酸：对碱基的主要作用是氧化脱胺作用（使氨基变为酮基，改变配对性质，引起碱基转换）。HNO2 A H（次黄嘌呤）AT GC C U GC AT G X（黄嘌呤）不引起突变A-TH-TH-CA-TH-CG-C第十八张，PPT共三十五页，创作于2022年6月烷化剂甲基磺酸乙酯（EMS）甲基磺酸甲酯（MMS）硫酸二乙酯（DES）N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍(NTG)氮芥、硫芥环氧乙烷NTG：诱变作用强，称为超强诱变剂（突变率1%）；能诱发邻近位置的基因同时发生突变，即所谓并发突变。很多烷化剂除了能诱发点突变外，还能诱发染色体畸变。由于染色体畸变常为辐射所诱发，所以这些物质又称为拟辐射物质。烷化剂作用的主要机理是引起碱基上某些能形成氢键的基团发生烷基化。烷化位点主要在鸟嘌呤的N7位和腺嘌呤的N3位上，烷化后的碱基也像碱基结构类似物一样能引起碱基配对的错误。烷化剂的另一作用是使嘌呤整个地从DNA链上脱下来，产生一个缺口，在与缺口相对应的位点上就能配上任何一个碱基，从而引起转换或颠换。第十九张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(3)移码突变的诱变剂嵌入诱变剂吖啶类染料（如原黄素，吖叮黄（橙），ICR类等）具有类似碱基对的扁平结构，能插入DNA分子的碱基对之间，使DNA结构变形，导致 DNA在复制过程中的滑动，引起DNA链中插入或缺失一个或几个核苷酸，产生移码突变。ICR：一系列烷化剂和吖啶分子相结合的化合物第二十张，PPT共三十五页，创作于2022年6月2.物理诱变剂及其诱变机制紫外线，x-射线，射线，快中子，热等(1)紫外线（UV）紫外线是实验室中常用的非电离辐射诱变因子，其作用机制主要是能引起：DNA链的断裂、DNA分子双链的交联、嘧啶的水合作用 相邻碱基形成嘧啶二聚体（TT，TC,CC）等。其中最主要的效应是胸腺嘧啶二聚体的形成。胸腺嘧啶二聚体通常出现在同一DNA单链上两个相邻的胸腺嘧啶之间，也可出现在两条DNA单链之间。两种情况导致结果不同。第二十一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月 X射线、射线、快中子等属于电离辐射。以X射线为例解释该类诱变剂诱变机理：X射线的诱变作用有直接和间接两种方式：(1)直接作用是引起DNA双链间氢键的断裂、DNA单链的断裂、不同DNA分子之间的交联等。(2)间接作用是电离辐射能从水或有机分子中产生自由基，这些自由基作用于DNA分子，引起缺失和损伤。自由基对嘧啶的作用更强烈。此外，X射线还可能使细胞中形成一些碱基类似物，突变由这些碱基类似物所诱发。与紫外线不同的是，电离辐射可通过玻璃和其他物质，穿透力强，能达到生殖细胞，因此常用于动植物的诱变育种。(2)X射线、射线、快中子第二十二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月 短时间的热处理也可诱发突变，热的作用是使胞嘧啶脱氨基而成为尿嘧啶，从而通过碱基配对错误而引起GCAT的转换；另外，热也可引起鸟嘌呤脱氧核糖键的移动，从而在DNA复制时出现包括两个鸟嘌呤的碱基对，在下一次的DNA复制中该碱基对错配就会引起GCCG的颠换。(3)热第二十三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(1)转座因子（transposable element)定义：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列。广泛分布于原核和真核细胞中。又称“跳跃基因”(2)转座因子的特点1)在转座时，通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非同源重组的方式转移到染色体的新部位上；2)都携带有编码转座酶的基因，该酶具有转移位置的功能，是转座所必需的;3)两端都有正向或反向末端重复序列。3.生物诱变剂(转座因子)及其诱变机制第二十四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(3)根据分子结构和遗传性质，转座因子可分为3类：插入序列（Insertion sequence,IS）仅含有编码转座所必需的转座酶的基因，两端存在941bp的反向重复序列。但其插入可干扰基因的正常读码序列，导致基因失活或引起突变。转座子（Transposon,Tn）除转座基因外，还有抗药性基因。分为复合转座子和复杂转座子Mu噬菌体是以大肠杆菌为宿主的温和性噬菌体。它在几方面不同于另一种温和噬菌体：第一、Mu DNA几乎可以插入到宿主染色体的任何一个位点上；第二、DNA 两端没有粘性末端；第三、会引起宿主的被插入基因的基因突变。第二十五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月(4)转座的过程：第二十六张，PPT共三十五页，创作于2022年6月 插入突变(基因失活和极性作用)染色体畸变(染色体的缺失重复和倒位)(5)转座的遗传学效应：第二十七张，PPT共三十五页，创作于2022年6月二、诱变及化学致癌物质的检测Ames试验“生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。Ames试验的依据诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。第二十八张，PPT共三十五页，创作于2022年6月回复突变(reverse mutation或back mutation)：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变。美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于1966年发明，因此称为Ames试验标准菌株要求：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率（为了增加试验的敏感性，该菌株还应包括另外两个突变，一个是造成细胞表面透性增加的深度粗糙突变型，另一个是丧失切除修复能力的缺失型）。第二十九张，PPT共三十五页，创作于2022年6月Ames试验第三十张，PPT共三十五页，创作于2022年6月 除了除了DNA聚合酶进行校正外，还通过几种不同的机制进行聚合酶进行校正外，还通过几种不同的机制进行DNA的修复：的修复：(1)光复活作用光复活作用(2)切除修复切除修复(3)重组修复重组修复(4)SOS修复修复三、DNA损伤的修复第三十一张，PPT共三十五页，创作于2022年6月 紫外线诱变时必须在暗室、红光下进行（1）光复活作用（photoreactivation）可见光可大大降低经紫外线照射后微生物死亡率的现象。机理：经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗中会和一种光激活酶光解酶结合，形成酶DNA复合物，该复合物暴露在可见光下时，光解酶会因获得光能而被激活，并使二聚体重新分解成单体，光解酶也从复合物中释放出来，再结合到其它二聚体上。这种修复机制不是移去和取代核苷酸，而是胸腺嘧啶二聚体直接被修复，所以是一种无错误的修复。第三十二张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（2）切除修复（excision repair，又称暗修复）一种普遍的修复系统。能移去胸腺嘧啶二聚体和修复大多数引起的DNA扭曲损伤。该修复系统不需要可见光，通过酶切作用移去损伤的碱基（包括损伤位点附近的一些碱基），随后合成一段正常DNA链。内切核酸酶 4种酶参与 外切核酸酶 DNA聚合酶 DNA连接酶第三十三张，PPT共三十五页，创作于2022年6月（3）重组修复这是一种越过损伤而进行的修复。复制含有嘧啶二聚体或其它结构损伤的DNA时，当复制到损伤的部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的DNA链要短一些。完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。合成重组后，母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成。留在亲链上的二聚体仍要依靠再一次的切除修复加以除去，或经细胞分裂而稀释掉。第三十四张，PPT共三十五页，创作于2022年6月感谢大家观看第三十五张，PPT共三十五页，创作于2022年6月